決戰(zhàn)稀土!掌握精煉技術(shù)的美國,為何仍無法獨立生產(chǎn)?
2023-08-05 20:35:15    騰訊網(wǎng)

我國對金屬鎵和鍺的出口管制,效果已經(jīng)顯現(xiàn)。其實,對HJT和半導(dǎo)體來說,還有“銦”,一種比金屬鎵更為稀有的金融。

稀土儲備和生產(chǎn)技術(shù),對于能源轉(zhuǎn)型至關(guān)重要,無論是風(fēng)電還是光伏還是鋰電,都不可或缺。最近五六年來,美國、澳大利亞等似乎已經(jīng)繞道拿到我國稀土產(chǎn)業(yè)的開采、冶煉、 提純、分離等技術(shù),但種種跡象顯示,時至今日,他們多方努力,仍然無法自己生產(chǎn)。

趕碳號建議,除了加強稀土產(chǎn)品的出口管制以外,對于相關(guān)稀土產(chǎn)業(yè)化技術(shù)轉(zhuǎn)移,亦可考慮進(jìn)行嚴(yán)格審查。


【資料圖】

一些稀有金屬的出口管制只是手段之一,稀土提純技術(shù)是我們的另一道王牌。

2019年,美國稀土礦產(chǎn)量為26000噸,其中賣給中國的就達(dá)到了19353噸,占比74%。當(dāng)年美國為擺脫這種局面,計劃在德克薩斯州圣安東尼奧附近建造精煉設(shè)施,號稱“中國以外全球唯一的大規(guī)模分離(稀土元素)生產(chǎn)商”。三年過去,2022年,我國稀土進(jìn)口量高達(dá)12.15萬噸,其中近70%即8.38萬噸仍然來自美國。

一向以掌握各種核心技術(shù)自居的美國,為什么在稀土提純上就不行呢?最近,路透社以一篇長文,道出其中原委。

01

風(fēng)電光伏鋰電,都繞不開稀土?

稀土材料在新能源領(lǐng)域應(yīng)用極廣,是全球能源轉(zhuǎn)型不可替代的基礎(chǔ)性材料。

在風(fēng)電設(shè)備中,稀土永磁材料是永磁電機的關(guān)鍵材料。風(fēng)電機組的發(fā)電機主要包括雙饋異步、直驅(qū)同步、半直驅(qū)同步等多種技術(shù)路徑,其中直驅(qū)/半直驅(qū)永磁發(fā)電機需要使用釹鐵硼。相對于雙饋式發(fā)電機而言,直驅(qū)風(fēng)機因為無須齒輪箱,后期維護(hù)工作量小,而在風(fēng)機大型化的趨勢下,對機組的可靠性要求越來越高,因此風(fēng)機直驅(qū)化是未來的重要趨勢之一。目前直驅(qū)/半直驅(qū)滲透率預(yù)計 30%左右,未來滲透率有望提升至 50%。

在光伏電池中,HJT電池對金屬銦作為靶材的需求增大,目前每GW異質(zhì)結(jié)靶材需要銦3.17噸。如果考慮HJT技術(shù)以及HJT鈣鈦礦疊層技術(shù)為未來的主流方向,則將帶來最高8000噸/年的銦增量需求。銦全球儲量極為有限,總量僅為8.4萬噸,年產(chǎn)量才500多噸,比鎵還要稀缺幾十倍。我國資源儲量為 2.16萬噸,占全球總量26%,產(chǎn)量則占全球60%。

在鋰電池中,稀土材料是正極材料中的重要組成部分之一,可以提高鋰離子電池的電化學(xué)性能和循環(huán)壽命。另外,稀土還可與其他金屬元素形成稀土配合物,這些配合物可以用于制備鋰電池的電解液。

我國是稀土資源儲量最為豐富的國家,也是稀土開采大國。截至2022年底,全球稀土儲量約為1.3億噸,全年開采量約為30 萬噸。我國以4400萬噸的稀土儲量和21萬噸的開采量居于全球首位。

更為重要的是,我國的稀土冶煉分離產(chǎn)量也位居全球第一,占全世界總產(chǎn)量的90%。

在過去,我國稀土開采極不規(guī)范,非法開采和惡性競爭現(xiàn)象大量出現(xiàn),造成了嚴(yán)重的資源浪費和環(huán)境破壞問題。2006年開始,我國實行嚴(yán)格的稀土開采總量控制指標(biāo)管理制度,國內(nèi)稀土資源開發(fā)活動逐步得到規(guī)范。2014 年,由工信部牽頭組建了六大稀土集團(tuán)。2021年,六大集團(tuán)進(jìn)一步整合為四大集團(tuán)。通過大集團(tuán)整合政策,國內(nèi)稀土產(chǎn)能以及國家總量控制計劃逐步集中,生產(chǎn)經(jīng)營秩序明顯好轉(zhuǎn)。

憑借著我國稀土資源的天然優(yōu)勢以及先進(jìn)的稀土關(guān)鍵分離技術(shù),我國成為全球稀土市場上最重要的賣家,也是世界上唯一能夠提供全部17種稀土金屬的國家。2012-2022年,中國稀土產(chǎn)量總體正增長趨勢。根據(jù)USGS數(shù)據(jù)顯示,2022年我國稀土礦產(chǎn)量為21萬噸,占全球稀土礦總產(chǎn)量的70%。

02

美澳為何屢戰(zhàn)屢敗?

美國加利福尼亞州芒廷帕斯市MP稀土露天礦

路透社8月2日刊發(fā)報道指出,對歐美國家來說,提煉稀土一直是很困難的事,只要問問 MP Materials(西半球最大規(guī)模的稀土公司,位于美國特拉華州) 和 Lynas (澳大利亞萊納斯公司,稀土生產(chǎn)商,全球稀土市場份額約為12%。)就知道了。

該報道指出,中國以外的世界上最大的這兩家稀土公司,正面臨著將礦山中的巖石轉(zhuǎn)化為全球經(jīng)濟(jì)離不開的磁鐵的基石的挑戰(zhàn)。這是從蘋果到特斯拉,再到洛克希德·馬丁公司的戰(zhàn)斗機,都離不開的材料。

中國自上個月對戰(zhàn)略金屬鎵和鍺實施出口管制后,西方推動發(fā)展關(guān)鍵礦產(chǎn)的獨立供應(yīng),變得更加緊迫。因為歐美國家擔(dān)心,中國下一步可能阻止稀土或加工技術(shù)出口。

MP、Lynas和歐美的其他公司,最近在精煉稀土方面遇到很大困難。

一切跡象表明,歐美國家想要打破中國對清潔能源所需要的17種關(guān)鍵金屬(稀土)的束縛,正面臨方面面臨的艱巨挑戰(zhàn)。路透社所采訪的十幾位行業(yè)顧問、公司高管、投資者和行業(yè)分析師,均持上述觀點。

如果項目繼續(xù)陷入困境,如果沒有中國企業(yè)的參與,歐美國家可能無法實現(xiàn)2050年碳中和目標(biāo)。

美國加利福尼亞州芒廷帕斯市MP稀土露天礦

據(jù)兩位知情人士向路透社透露,Lynas與美國德克薩斯州的合作伙伴在美國建設(shè)稀土精煉廠的計劃已經(jīng)失敗。Lynas此前表示,公司正在努力完成位于西澳大利亞州的一家稀土精煉廠,但該精煉廠面臨很大障礙,現(xiàn)在正在美國德克薩斯州建設(shè)自己的工廠。

技術(shù)復(fù)雜性、合作關(guān)系緊張和環(huán)境污染風(fēng)險,正在阻礙歐美企業(yè)試圖從中國企業(yè)中手奪取市場份額的努力。根據(jù)國際能源署數(shù)據(jù),中國掌握著全球 87%的稀土精煉能力。

MP原本的目標(biāo),是在2020年可以精煉自己的稀土金屬,但由于疫情和技術(shù)挑戰(zhàn)而受阻,因此將其目標(biāo)推遲到2023 年底。

去年年底,總部位于美國的MP表示,它正在其加州礦場附近調(diào)試精煉設(shè)備,作為復(fù)雜校準(zhǔn)過程的一部分,但迄今為止尚未成功,這使得該公司的精煉業(yè)務(wù)以及幾乎所有收入都依賴于中國。MP 還在德克薩斯州建設(shè)一座磁體工廠,為通用汽車 (GM.N) 供貨,而這將需要加州的精煉設(shè)備投入運行。

MP 首席執(zhí)行官兼最大股東吉姆·利廷斯基(Jim Litinsky) 在5月份對投資者表示:“(稀土)的精煉調(diào)試過程非常艱苦,時斷時續(xù)。”

MP的第二大股東是中國盛和資源(600392.SS),該公司拒絕就此發(fā)表評論。

“稀土精煉過程可能非常挑剔,”亞利桑那大學(xué)采礦和地質(zhì)工程系主任克雷·盧克斯巴克 (Kray Luxbacker) 表示,?“有太多復(fù)雜的步驟。”

稀土永磁將電能轉(zhuǎn)化為動能,是電動汽車電機的重要組成部分。它們比傳統(tǒng)磁鐵更輕,并且可以承受更高的溫度,部分原因在于它們獨特的化學(xué)特性。

稀土精煉廠必須處理17種金屬,具體取決于礦床的地質(zhì)情況,每種金屬的尺寸和原子量幾乎都相同,這使得分離變得十分復(fù)雜。

例如,為了提取釹和鐠來制造電動汽車磁體,MP必須首先去除不太理想的鑭和鈰,這兩種元素占其加州礦藏的83%左右。該過程依賴于酸、堿和其他化學(xué)物質(zhì)的復(fù)雜混合物,是根據(jù)礦山的地質(zhì)情況量身定制的。

雖然MP依靠中國的專業(yè)知識來重啟其于2017年購買的礦山,但在定制精煉設(shè)備方面,這些專業(yè)知識的幫助并不大。分析師表示,類似的問題可能會困擾其他六家打算在世界其他地方建立獨立精煉產(chǎn)能的公司。

“中國多年來的情況是,他們在加工能力方面進(jìn)行了深入全面的投資布局,將(稀土)材料從礦山一直轉(zhuǎn)化為磁體,”伯明翰大學(xué)冶金學(xué)教授艾倫·沃爾頓(Allan Walton)表示。

Adamas Intelligence(一家咨詢情報機構(gòu))的礦物顧問 Ryan Castilloux 表示,稀土精煉“即使是那些正在開發(fā)磁體能力的專家們,也沒有真正解決這一問題”。

他補充說,中國對于稀土永磁產(chǎn)業(yè)鏈的長期戰(zhàn)略布局,使其成為可以蓬勃壯大電動汽車行業(yè)的重要基礎(chǔ)之一。

03

用什么可以取代?

Lynas的稀土礦山

上個月,稀土價格已跌至近三年來的最低水平,部分原因是中國供應(yīng)增加所致。中國主要從越南、緬甸等國進(jìn)口稀土礦,加工后再出口。

以歐美最大的稀土礦企業(yè)MP為例,該公司去年就向中國運送了約43,000噸精礦用于精煉。

Lynas已經(jīng)在馬來西亞精煉產(chǎn)于澳大利亞生產(chǎn)的稀土精礦,但吉隆坡當(dāng)局計劃明年阻止該產(chǎn)品的進(jìn)口,其理由是擔(dān)心萊納斯的工廠泄漏放射性廢物。萊納斯對這一指控提出異議。它的目標(biāo)是今年晚些時候能夠在澳大利亞開設(shè)一家替代加工廠。

該公司長期以來一直在美國向私營公司Blue Line出售稀土金屬,以加工成特種材料。

路透社根據(jù)獲得的電子郵件,2019 年,兩公司同意在美國德克薩斯州圣安東尼奧附近建造精煉設(shè)施,并與特朗普政府官員討論了他們的計劃,即成為“中國以外世界上唯一的大規(guī)模分離(稀土元素)生產(chǎn)商”。

但兩位消息人士告訴路透社,不知為何,這項由五角大樓部分資助的努力已經(jīng)失敗。

另外,萊納斯本周更新了利用五角大樓資助的2.58 億美元,在德克薩斯州海岸建設(shè)其他精煉設(shè)施的計劃。

據(jù)咨詢機構(gòu)Adamas Intelligence 稱,在其他地方,瑞典、南非、澳大利亞和其他國家都在推進(jìn)稀土生產(chǎn),主要是從礦山廢料和副產(chǎn)品中提取稀土。這些項目即便全部成功,也只能滿足全球約8%的需求。

市場數(shù)據(jù)提供商Benchmark Mineral Intelligence 估計,中國精煉了全球 89%的釹和鐠(電動汽車磁鐵的關(guān)鍵金屬),預(yù)計到2028年,這一主導(dǎo)地位最多降至75%。

Benchmark預(yù)測,中國對鏑精煉的全球控制力,將從2023年的99%下降到2028年的94%。鏑有助于在高溫下保持磁化。

行業(yè)分析師表示,還需要關(guān)鍵的創(chuàng)新,來打破中國對該行業(yè)的壟斷,同時又不犧牲環(huán)境質(zhì)量,因為人們擔(dān)心當(dāng)前工藝中的有毒廢物會阻礙項目。

由于擔(dān)心化學(xué)物質(zhì)可能滲入飲用水,Leading Edge Materials (LEM.V)于 2016 年停止了開發(fā)瑞典諾拉卡爾稀土礦床的努力。該公司重新制定了礦山計劃,使其更具可持續(xù)性,并于今年提交了新的環(huán)境申請。

特斯拉五月宣布計劃生產(chǎn)不含稀土的電動汽車磁體,理由是現(xiàn)有工藝存在“環(huán)境和健康風(fēng)險”。

美國稀土公司(ARR.AX)總裁梅麗莎·桑德森 (Melissa Sanderson) 表示:“中國幾十年前就做出了發(fā)展稀土加工能力的戰(zhàn)略決定?!痹摴菊陂_發(fā)多個美國稀土項目。

美國稀土公司正在與勞倫斯利弗莫爾實驗室的美國政府科學(xué)家合作,開發(fā)可以處理稀土的細(xì)菌。私人控股的 Locus Mining 和 Aether Bio 也在分別研究使用生物表面活性劑和納米技術(shù)的方法。

UCore Rare Metals (UCU.V)、Mosaic (MOS.N)和私人持有的 USA Rare Earth 也在研究各種加工技術(shù)。

盡管如此,更清潔的解決方案距離生產(chǎn)還需要數(shù)年時間。

地緣政治咨詢公司Horizon Advisory的聯(lián)合創(chuàng)始人內(nèi)森·皮卡西克 (Nathan Picarsic) 表示:“如果您能夠創(chuàng)新,并將高效生產(chǎn)稀土的解決方案推向市場,那么您將擁有巨大的市場機會。”

然而,這樣的好生意,誰不想呢?

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